随钻地层测试器的测压曲线模拟

2022-12-25

传统的电缆测井有其局限性, 首先在大斜度或者水平井, 用电缆很难将仪器放下去, 需要增加爬行器等辅助短节, 并且效果不佳;其次, 井壁状况不好易发生坍塌或堵塞也难取得测井资料;此外由于于钻井过程中需要使用泥浆进行循环, 泥浆滤液在测井前会侵入地层, 因此, 钻完之后再测井, 地层的各种参数与刚钻开地层时有所差别。于是衍生出了随钻测井这种新的测井方法, 在钻井过程中即通过各种探头对地层进行测量, 这样不仅对任何状况的井, 特别是水平井可以进行测井, 而且利用测得的钻井参数和地层参数及时调整钻头轨迹, 使之沿目的层方向钻进。由于随钻测井获得的地层参数是刚钻开的地层参数, 它最接近地层的原始状态, 用于对复杂地层的含油、气评价比一般电缆测井更有利。

随钻测井虽然有如上种种好处, 但也有其局限性的方面, 大数据量的实时传输就是很大的一个瓶颈, 由于随钻测井没有电缆, 导致信号无法通过电缆实时传输给地面, 目前来说各大公司采用的都是通过泥浆脉冲发生器将信号转换为泥浆脉冲传输给地面, 这种泥浆脉冲传输速率很低, 一般为几个bit每秒, 这样的速率任何一种测井仪器都很难传输具有判断价值的信号, 因此, 除了一些状态信息和自然伽马信号能够实时上传外, 其他的测量信息都是存储在井下仪器的存储器中, 待测井完毕后再读取出来进行数据处理。

随钻地层测试器作为随钻测井仪中的高端仪器, 有其较为特殊的一面, 因为地层测试器的在井下执行的是一整套动作, 包括探针张开、预抽吸、恢复、判断、抽吸等一系列动作, 这套动作在井下是自主完成的, 完成的成功与否对地面操作来说尤为重要, 因此, 在每次测压完成之后, 仪器会传输几个结果性的数据到地面系统用来对测试结果进行判断, 这几个结果性的数据一般为测压图中的几个影响流度计算的特征点, 如图1.1中所示, 一般一个测压点的结果性数据需要几个特征点来标注:

泥浆前压力:测压前井筒液的静压力;

压降开始点:抽吸测试的开始压力点;

压恢开始点:抽吸压降后开始恢复的压力点;

压恢结束点:压力恢复稳定点, 一般认为此压力为地层压力;

泥浆后压力:仪器收回探针后井筒液的静压力, 一般与泥浆前压力综合判断仪器的压力传感器的可靠性。

图中是一个测压点进行了一次预测试的情况, 一般在随钻测试中, 会根据地层情况选择两次或者三次预测试, 在两次或者三次预测试的过程中, 1点和5点是不变的, 2、3、4点在每一次预测试的特征段中都会拾取, 因此对应于两次和三次预测试, 上传的点数会递增的。

这几个点的压力和对应的时间数据会在结束测压后上传给地面系统, 大概需要几分钟的时间, 地面系统需要根据这几个特征点以及预测试的次数情况对本次测压的情况进行展示, 尽管上传的只有几个简单的特征点, 但我们需要展示给用户的则是一条标准的测压曲线, 如下图为一条形态比较典型的三次预测试的曲线:

我们可以把这个曲线作为我们随钻测压结束后展示给用户的曲线的蓝本, 通过对曲线的模拟, 使用几个上传的特征点来模拟出这样一张图, 从而方便用户直观的对测压过程中的压降情况和恢复情况进行判断。对于条曲线的模拟, 由于这条曲线没有合适的方程来表达出来, 所以我们很难通过函数拟合的方式来获取。本文采用了分段曲线模拟的方式来对曲线进行仿真。

首先需要对曲线进行分段, 以上图为例, 我们可以进行如下分段:首先, 泥浆前压力点到第一次抽吸下降点作为一段;然后对于每一次抽吸, 压降段和压恢段分为两段;最终仪器收探针到泥浆后压力最为一段, 可以看到我们的分段是连续的, 即每个段的末尾都是下一段的开始, 这在我们用特征点来对数据分段时要用到。

分段完成后, 我们需要对每段的数据进行采样, 我们作为蓝本的这条曲线测试用了510秒的时间, 换算成数据2040个采样点, 数据量很大, 并不需要把所有的数据都用在曲线仿真过程中, 只需要按照一定的间隔取几百个点即可。我们假设某段的采样值为{X0, X1…Xn}, 当井下仪器将本次测压的压力特征点值上传给地面系统后, 我们可以通过两个相邻特征点来作为一段曲线的首尾 (我们的分段方式是连续的, 即上一段的尾值为下一个段的首值) , 然后把这两个特征点的数值Y1, Y2与相应分段的首尾值X1、X2做一个二元一次方程, KX+B=Y;然后解得K和B的值, 对于段内其他点的数值, 我们则可以通过K和B计算得出。按照这种计算方式, 我们可以得到每一段的数据仿真值, 然后把这些仿真段拼接成一条完整曲线, 数据模拟就成功了。

通过对曲线形态的模拟, 可以把井下上传有限的几个特征点模拟成一条标准的测压曲线, 尽管这条曲线并不能准确的描述出实际测压曲线的形态和走向, 但仍然能够辅助操作人员对井下的恢复情况有一个概略性的判断, 并且可以取得地层压力, 对于随钻测压这种方式来说已经足够了, 待仪器提出井口, 即可通过内存读取来获取更详细的测压信息。

摘要：介绍了随钻地层测试器的测压曲线模拟方法, 通过对标准的电缆测压曲线进行数值取样差值, 对随钻实时上传的几个特征点进行模拟, 显示出一条具备典型测压特征的压力曲线。

关键词：随钻,特征点,实时